長飛特種光纖系列之九 —光纖激光器高功率有源光纖

  ICCSZ訊 高功率光纖激光技術是近年來激光技術領域炙手可熱的研究方向之一，已在工業(yè)制造、醫(yī)療、能源勘探、軍事國防等領域獲得了廣泛應用。在高功率切割和焊接應用方面，光纖激光器已經從高功率CO2激光器和固體激光器手中搶占了大量市場份額，隨著我國汽車行業(yè)輕量化的推進和復合材料加工市場的應用拓展，高功率光纖激光器具有愈加蓬勃發(fā)展前景。

  在千瓦級光纖激光器系統(tǒng)中，高功率泵浦源、作為增益介質的摻鐿光纖、各種光器件以及用作光器件尾纖的無源光纖都是關鍵原材料。近年來，國內企業(yè)自主封裝的泵浦源和各種光器件在光纖激光領域逐步實現(xiàn)了國產化，但是用于高功率激光的摻鐿光纖仍被國外的供應商占據(jù)絕對份額，且價格昂貴。

  客觀來講，中高功率摻鐿光纖對光纖的性能指標、長期可靠性、穩(wěn)定量產等提出了更為嚴格的要求，具有很高的技術門檻，國內技術與國外相比，還是存在著差距，需要加快研發(fā)進度，迎頭趕上。因此，作為高功率光纖激光器的核心原材料，摻鐿光纖實現(xiàn)國產化仍然是光纖激光器國產化的重中之重。

  經過5年的技術沉淀、平臺建設、產品系列化研發(fā)改進，長飛公司目前已經推出了應用于1000~1500W連續(xù)高功率光纖激光器的雙包層14/250摻鐿光纖，以及應用于1500~2000W連續(xù)高功率激光器的雙包層20/400摻鐿光纖。

  1.技術指標

  長飛公司所開發(fā)的光纖具有較高的光-光(泵浦光-激光)轉換效率、高的涂層可靠性和強抗光子暗化能力。基于MCVD+CDS(螯合物氣相沉積法)技術和三元摻雜體系的設計，通過對光纖的波導結構、摻雜配方和制備工藝進行不斷優(yōu)化，技術指標達到了如表1所示的水平：

  2.轉換效率與光子暗化

  眾所周知，中高功率連續(xù)光纖激光器的制造成本主要來源于大功率泵源，因此整機系統(tǒng)的熱管理尤為重要，摻鐿光纖需要有高的轉換效率，才能提高泵源的利用率;同時高的轉換效率可以降低光纖發(fā)熱量，大大減緩由于發(fā)熱導致的光纖涂層老化，因此延續(xù)整機的使用壽命，保證長時間的穩(wěn)定工作。

  圖1 高功率光纖激光器原理圖

  我們對長飛14/250雙包層摻鐿光纖和20/400雙包層光纖按照圖1所示的平臺進行了激光性能測試。在圖1中多路915nm的泵浦光通過合束器耦合進入摻鐿光纖，利用1080nm的光柵對提供諧振反饋，CPS對未吸收的泵浦光進行剝離，在此結構下測試結果如下：

  圖2 14/250和20/400 DC YDF 915nm泵浦光光轉換效率測試結果

  如圖2所示，14/250DC YDF和20/400DC YDF光-光轉換效率均達到了67%以上，并且隨著泵浦功率的增加，光-光轉換效率還會繼續(xù)增加。

  為驗證長飛公司有源光纖的穩(wěn)定性，測試人員增加了一組1400W的穩(wěn)定性測試實驗。結果顯示，雙包層20/400摻鐿光纖1小時內功率波動值在0.21%，如圖3所示。

  圖3 400W連續(xù)1小時功率測試

  3.非線性效應

  高功率工作狀態(tài)下的非線性效應也至關重要，長飛雙包層14/250摻鐿光纖在過千瓦輸出的情況下拉曼次峰所占的功率比值非常低——拉曼峰與主峰功率差為近50dB。

  長飛公司著眼未來高功率光纖激光器市場，基于對光纖激光器及其應用的深刻理解，充分利用長飛公司特種光纖的研發(fā)生產平臺、技術能力與悠久的工藝沉淀，努力為行業(yè)提供國產化的優(yōu)質特種光纖!